高璐陽, 賈 偉, 馬志明, 陳宏坤

(1.新洋豐農(nóng)業(yè)科技股份有限公司 湖北荊門 448000;2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部耕地質(zhì)量監(jiān)測保護中心 北京 100125)

肥料是糧食的“糧食”,施用化肥是糧食增產(chǎn)的主要措施,化肥在改善土壤肥力水平、提高作物經(jīng)濟產(chǎn)量、保障我國糧食安全、促進我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)化發(fā)展等方面起著不可替代的重要作用[1-2]。當前我國耕地質(zhì)量較差,人均耕地面積較少,農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)脆弱,同時伴隨化肥施用量偏高、施肥結(jié)構(gòu)不合理、肥料利用率較低和水體富營養(yǎng)化等問題[3-4],在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中存在重施肥、輕養(yǎng)地以及施肥方式落后等現(xiàn)象,嚴重影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[5-6]?？茖W施肥是確保農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措,開展科學施肥研究,推廣科學施肥技術,對提升土壤質(zhì)量,保障糧食安全,轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式,推動實現(xiàn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革具有重要的意義。

近年來,為貫徹中央一號文件和全國農(nóng)業(yè)工作會議精神,中央和地方政府相繼出臺了多項政策,逐步建立科學施肥技術體系,力求促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[7-8]。本文綜述了當前我國實施科學施肥的主要方式,分析了科學施肥技術對提升土壤質(zhì)量和保障糧食安全的重要作用,并針對在推廣和應用科學施肥技術過程中存在的問題提出合理化建議,以期為科學施肥技術的推廣提供參考。

1 科學施肥的主要方式

1.1 測土配方施肥

測土配方施肥是以土壤測試和田間試驗為基礎,根據(jù)土壤供肥特性、作物需肥規(guī)律和肥料養(yǎng)分效應,制備適合于特定區(qū)域和特定作物的“專用”肥料,并明確施肥時期和肥料施用方法的技術[9]。該方法能夠有效協(xié)調(diào)土壤供肥與農(nóng)作物需肥之間的關系,保障作物養(yǎng)分吸收,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益。我國的測土配方施肥技術主要圍繞“測、配、產(chǎn)、供、施”5個核心環(huán)節(jié)展開,應用方法主要包括土壤-植物測試推薦施肥法、肥料效應函數(shù)法、土壤養(yǎng)分豐缺指標法和養(yǎng)分平衡法等[10],重點研究土壤、肥料與農(nóng)作物之間的關系,促進肥料被更好地吸收利用。目前,全國各地逐步建立了主要區(qū)域糧食作物肥料配方和高效施用技術規(guī)程,積極探索測土配方施肥的有效模式和工作機制,開展農(nóng)企對接應用測土配方施肥技術活動,推廣測土配方施肥技術。

1.2 水肥一體化

水肥一體化是以水為載體,在灌溉的同時進行施肥,將水肥以小流量、均勻、準確地輸送到作物根區(qū),使根部土壤保持適宜水分和養(yǎng)分,供給作物吸收利用的高效施肥技術[11]。根據(jù)灌溉方式,水肥一體化可分為噴灌、微灌(滴灌、微噴灌、涌泉灌、低壓軟管灌等)和滲灌等[12],其在節(jié)水節(jié)肥、提高肥料利用效率、減少資源浪費等方面具有明顯優(yōu)勢。我國水資源短缺,時空分布不均,污染及浪費現(xiàn)象嚴重,當前國家十分重視水肥一體化技術的集成創(chuàng)新,開展了一系列針對不同地區(qū)、灌水量、施肥量和灌溉方式的試驗研究,構(gòu)建針對不同種植區(qū)域農(nóng)作物的水肥一體化技術規(guī)程,實施精準水肥調(diào)控,發(fā)展高產(chǎn)、高效農(nóng)業(yè)。

1.3 機械化施肥

機械化施肥是指通過施肥機械將固態(tài)或液態(tài)肥料施入土壤特定位置,供給作物吸收利用的技術[13]。與傳統(tǒng)的條施、撒播等施肥方式相比,機械化施肥能夠有效控制肥料施用量和施肥位置,減少勞動力投入,降低生產(chǎn)成本。近年來,我國越來越重視和支持實施精準農(nóng)業(yè),在引進、消化和吸收國外先進技術的同時,積極探索適合我國實施的精準農(nóng)業(yè)技術體系。圍繞主要的三大糧食作物,形成了水稻側(cè)深施肥技術、玉米機械化施肥技術和小麥機械化技術等廣泛應用的關鍵技術規(guī)程[14-16]。目前,我國正加快推動農(nóng)業(yè)機械化建設,大力發(fā)展智慧農(nóng)業(yè),機械化施肥將成為未來農(nóng)作物種植過程中的必要環(huán)節(jié)。

1.4 有機無機養(yǎng)分配施

有機肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要位置,其本身含有多種有機化學物質(zhì),對調(diào)節(jié)作物生長發(fā)育具有良好的作用。研究表明,施用有機肥能夠提高土壤微生物總量,改善土壤理化性狀,促進作物對養(yǎng)分的吸收利用[17-18]。我國有機肥種類及數(shù)量豐富,但資源化利用不合理,浪費現(xiàn)象十分嚴重,開展有機無機養(yǎng)分配施可合理利用有機物料資源,對提升土壤有機質(zhì)含量、改善土壤品質(zhì)、減少有機物料損失、減輕環(huán)境污染具有重要意義[19-21]。當前,國家十分重視有機肥資源合理化利用,積極推動發(fā)展有機物料資源化、肥料化,有機無機養(yǎng)分配施技術是推動科學施肥的有效途徑之一。

1.5 其他方式

除測土配方施肥、水肥一體化、機械化施肥和有機無機養(yǎng)分配施之外,施用緩控釋肥等新型肥料產(chǎn)品、實施精準變量施肥也是科學施肥的主要方式。新型肥料產(chǎn)品可有效保證作物養(yǎng)分需求,提高肥料利用效率,降低勞動力投入。精準變量施肥是依據(jù)農(nóng)田土壤網(wǎng)格單元內(nèi)的農(nóng)作物產(chǎn)量和土壤理化性狀等綜合信息,因地制宜進行全面平衡施肥的技術[22],作為精準農(nóng)業(yè)的重要組成部分,能夠有效解決土壤-作物-養(yǎng)分之間的相互關系,提升經(jīng)濟效益。

2 科學施肥在土壤質(zhì)量提升中的作用

土壤是人類賴以生存的基礎,科學施肥在提升土壤質(zhì)量、減少養(yǎng)分流失、提高土壤肥力水平等方面具有重要作用。

2.1 提升土壤質(zhì)量

在以往的農(nóng)業(yè)種植過程中,農(nóng)民對于土壤情況的了解不深入,未明確土壤養(yǎng)分的供給量及農(nóng)作物對養(yǎng)分的需求量,導致不合理施肥現(xiàn)象時常出現(xiàn),影響土壤物理性狀,造成一系列生態(tài)環(huán)境問題。測土配方施肥是科學施肥的主要方式之一,能夠有效改善土壤理化性狀,提升土壤質(zhì)量。王連林等[23]通過連續(xù)10年在河北省玉田縣開展測土配方施肥發(fā)現(xiàn),應用測土配方施肥技術能夠使單位化肥增產(chǎn)效能平均提高36.65%,土壤容重年均遞減0.80%～1.05%,田間持水量年均增加8.87%～10.37%,可優(yōu)化土壤物理性狀?？茖W施肥提倡的有機無機養(yǎng)分配施等方法,能夠為土壤中的微生物提供穩(wěn)定的碳源,促進肥料在土壤中的轉(zhuǎn)化,優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu),改善土壤品質(zhì)。張然等[24]通過連續(xù)5年有機無機養(yǎng)分配施定位試驗研究發(fā)現(xiàn),與不施用有機肥相比,有機無機養(yǎng)分配施能夠使西北旱區(qū)麥田0～10、10～20 cm土層土壤容重分別降低4%、2%,水穩(wěn)定性團聚體分別增加224%、105%。王憲玲等[25]基于渭北旱塬蘋果園的長期定位試驗研究發(fā)現(xiàn),與不施用有機肥相比,有機無機養(yǎng)分配施能夠顯著提升蘋果園0～40 cm土層的土壤孔隙度、飽和導水率和田間持水量,降低土壤容重,進而改善渭北旱塬蘋果園的土壤物理性狀。

2.2 減少養(yǎng)分流失

在傳統(tǒng)施肥模式中,由于施肥方式的單一性、盲目性,很容易造成肥料養(yǎng)分快速釋放并淋溶損失,致使水體富營養(yǎng)化,發(fā)生土壤酸化、板結(jié)等問題。科學施肥提倡施用的緩控釋肥料力求做到養(yǎng)分釋放與作物吸收同步,簡化施肥技術,一次性施肥即可滿足作物整個生育期對養(yǎng)分的需求,減少肥料養(yǎng)分流失,避免肥料在環(huán)境中長時間停留,造成對生態(tài)環(huán)境的不良影響。侯紅乾等[26]的研究表明,施用緩控釋肥料能夠提高雙季稻的氮肥表觀利用率、氮肥表觀殘留率,降低雙季稻區(qū)土壤氮素損失率。安文博等[27]的研究表明,與常規(guī)施肥相比,施用包膜尿素、緩控釋摻混尿素等肥料,能夠減少土壤硝態(tài)氮含量,降低氨揮發(fā)和氮素淋溶風險。水肥一體化作為科學施肥的一種方式,能夠使肥料以水為載體,在灌溉的同時供給作物有效吸收利用,降低肥料在土壤中的淋溶損失,減少養(yǎng)分流失。楊啟航等[28]通過研究南方煙區(qū)土壤水肥一體化減量施肥管理模式發(fā)現(xiàn),應用水肥一體化技術能夠增加烤煙對肥料養(yǎng)分的攜出量,降低植煙區(qū)土壤中氮磷鉀養(yǎng)分的盈余,提高肥料的利用效率。

2.3 提高土壤肥力

土壤肥力是土壤的本質(zhì)屬性,是各種理化性狀的綜合表現(xiàn)。土壤肥力水平受多種因素共同影響,長期人為耕作、施肥、灌溉和其他農(nóng)事活動是影響土壤肥力的重要因素,有機肥質(zhì)量差、有機無機養(yǎng)分投入失衡、肥料養(yǎng)分配比不科學等是降低肥力水平的主要問題。通過科學施肥技術,開展有機無機養(yǎng)分配施,重視施用有機肥,合理施用土壤調(diào)理劑,推廣應用新型肥料,是提升土壤有機質(zhì)含量、培肥改土、改善土壤肥力的重要舉措。丁維婷等[29]依據(jù)41年長期定位施肥研究有機無機養(yǎng)分配施對暗棕壤土壤肥力的影響,發(fā)現(xiàn)單施有機肥、有機肥配施部分化肥,較單施化肥均能夠提高土壤中酶的活性,提高率為21.04%～95.74%。于菲等[30]通過研究有機肥不同施用年限對土壤肥力的影響發(fā)現(xiàn),土壤肥力水平隨著有機肥施用年限的增加逐漸提升,施用有機肥顯著提高了0～20、20～40 cm土層的土壤有機質(zhì)、全氮和速效養(yǎng)分含量。應用科學施肥技術、優(yōu)化耕作施肥方式是保護和提升土壤質(zhì)量的核心內(nèi)容,是實現(xiàn)“產(chǎn)出高效、產(chǎn)品安全、資源節(jié)約、環(huán)境友好”的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展目標的根本方法。

3 科學施肥在保障糧食安全中的作用

糧食安全是經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的基礎,科學施肥在保障我國糧食數(shù)量、質(zhì)量和生態(tài)安全中起著不可替代的支撐作用,關系到“三農(nóng)”工作和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的順利實施。

3.1 保障糧食數(shù)量安全

糧食數(shù)量安全是維護社會穩(wěn)定的基礎。隨著人口數(shù)量增加、人均耕地面積逐漸減少,保障糧食數(shù)量安全是糧食安全問題的重中之重。化肥是糧食的“糧食”,肥料的施用狀況直接影響糧食產(chǎn)量的提升,研究表明,我國糧食產(chǎn)量的提升有40%～50%來源于化肥的使用[31]。汪珺等[32]的研究表明,鹽城市自2010年推廣測土配方施肥技術以來,7年間實現(xiàn)節(jié)本增效達17億元,2017年小麥和水稻的單位面積產(chǎn)量較2009年的分別增加10.86%和6.36%。袁月星等[33]的研究發(fā)現(xiàn),應用測土配方施肥技術能夠提升江陰市水稻產(chǎn)量水平,與常規(guī)施肥相比,5年間水稻產(chǎn)量平均增產(chǎn)4.16%。劉彩彩等[34]通過探究節(jié)水減氮管理模式對晉南地區(qū)夏玉米產(chǎn)量的影響發(fā)現(xiàn),應用微噴水肥一體化技術可使夏玉米籽粒產(chǎn)量提升12.05%～45.4%。聯(lián)合國糧農(nóng)組織預測,2050年世界人口將突破至90億,對糧食的需求量應在現(xiàn)有的基礎上提升70%才能滿足正常需求,因此需應用科學施肥技術,提高糧食產(chǎn)量,保障糧食數(shù)量安全。

3.2 保障糧食質(zhì)量安全

糧食質(zhì)量安全受多種因素的影響,化肥是重要的影響因素之一。肥料的不科學施用容易導致土壤養(yǎng)分失衡,降低糧食生產(chǎn)安全性,影響糧食質(zhì)量安全。相關研究表明,過量施用氮肥會加重病蟲害的發(fā)生概率;有機肥施用不合理,可能造成重金屬富集、硝酸鹽累積等問題[35-36]。采用科學施肥模式能夠提升農(nóng)作物的抗逆性、抗病性,減少病蟲害發(fā)生,改善糧食品質(zhì)。周江明[37]的研究表明,有機無機養(yǎng)分配施可顯著增加水稻產(chǎn)量,提高水稻精米率,影響稻米堊白值,合理的有機無機養(yǎng)分配施可提高稻米食味品質(zhì)。羅蘭芳等[38]的研究發(fā)現(xiàn),與常規(guī)施肥相比,一次性全量施用緩控釋肥料能顯著提高水稻糙米蛋白質(zhì)和總氨基酸含量,提升稻米品質(zhì)。應用科學施肥技術,能夠明確不同農(nóng)作物所需養(yǎng)分的種類和數(shù)量,實現(xiàn)作物需肥與土壤供肥之間的相互協(xié)調(diào),促進糧食品質(zhì)的提升,保障糧食質(zhì)量安全。

3.3 保障糧食生態(tài)安全

近年來,隨著我國糧食消費需求剛性增長,以及耕地面積減少、水資源短缺、氣候變化和土壤污染等因素對糧食安全生產(chǎn)的約束日益嚴重,糧食供需長期處于緊平衡狀態(tài)。糧食生產(chǎn)過程中化肥、灌溉水等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素的不正當使用,不僅造成環(huán)境污染、資源浪費,而且進一步威脅到糧食生態(tài)安全和生產(chǎn)的可持續(xù)化,引發(fā)糧食安全和生態(tài)環(huán)境保護之間的矛盾。張宏威等[39]的研究表明,長期大量施肥可增大設施土壤可溶性有機氮淋溶風險,造成土壤及水資源污染。紀夢夢等[40]的研究表明,過量施肥可顯著提高土壤中硝酸鹽的含量,增大溫室氣體N2O的產(chǎn)生量和產(chǎn)生速率,影響氣候變化。應用科學施肥技術,采用測土配方施肥、水肥一體化等方式,根據(jù)作物生長需求合理施用化肥,科學減少化肥投入量,提高水肥利用效率,能夠避免資源浪費,減輕農(nóng)業(yè)面源污染,保護生態(tài)環(huán)境,保障糧食生態(tài)安全。

4 科學施肥在推廣和應用過程中存在的問題

近年來,我國土壤肥料科技工作者為提高肥料利用效率做了大量工作,如開展測土配方施肥、有機無機養(yǎng)分配施、水肥一體化、機械化施肥等,推動了科學施肥的進步,但仍存在一些不足之處。

4.1 應加強科學施肥的理念

科學施肥技術的核心是調(diào)節(jié)和解決作物需肥、土壤供肥和人為施肥間的矛盾。自科學施肥理念提出以來,傳統(tǒng)“大水大肥”的施肥觀念基本得以改善,但仍存在對科學施肥技術理念認識不足的現(xiàn)象。部分農(nóng)業(yè)種植戶簡單地認為科學施肥只是追求糧食高產(chǎn),未綜合考慮減肥、環(huán)保、提升土壤質(zhì)量等目標,做不到真正的“科學施肥”。同時,部分農(nóng)業(yè)技術人員在推廣科學施肥關鍵技術過程中,采用單一的推廣方式,忽略了農(nóng)業(yè)技術推廣的后期工作,對農(nóng)民自主使用農(nóng)業(yè)技術遇到的困難缺乏具體指導。因此,需加強對科學施肥理念的深入學習。

4.2 應重視科學施肥的基礎性研究工作

科學施肥是應用現(xiàn)代科學知識,以土壤測試和肥料效應驗證為基礎,與現(xiàn)代作物栽培技術相結(jié)合,采用現(xiàn)代機械,以提高肥效、謀求肥料最大經(jīng)濟效益、減少資源浪費和環(huán)境污染的綜合性技術集成。針對科學施肥的基礎性研究,需要綜合考慮土壤、肥料、作物與環(huán)境之間的關系。然而,在實際生產(chǎn)過程中,由于不同區(qū)域地力水平、氣候條件和作物品種等存在差異,制定的肥料配方和技術方法可能達不到預期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求,又缺乏可靠性高、操作性強的指導手冊可供參考。因此,應重視科學施肥的基礎性研究工作。

4.3 應完善科學施肥的技術推廣服務體系

科學施肥技術的應用和推廣需要專業(yè)、高效的服務團隊作為支撐。當前,專業(yè)技術服務人員缺乏,基層農(nóng)技推廣人員數(shù)量不足,人員技術服務水平嚴重滯后于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的需求,致使開展科學施肥推廣服務難度較大。同時,肥料生產(chǎn)企業(yè)、科研院校之間大多各自為戰(zhàn),缺乏產(chǎn)學研用緊密結(jié)合。部分科學施肥技術標準未完善,相關財政補貼標準和補貼機制不健全,技術推廣經(jīng)費不足等問題進一步限制了科學施肥技術的推廣和應用。

5 推廣科學施肥的對策建議

5.1 完善技術體系,夯實基礎性工作

完善科學施肥技術體系,夯實基礎性工作是推廣科學施肥技術的首要任務,必須樹立正確的科學施肥發(fā)展理念,明確發(fā)展方向,將其視作保護生態(tài)環(huán)境、促進農(nóng)業(yè)健康發(fā)展的基礎。在我國主要農(nóng)作物生產(chǎn)區(qū)域應加強土壤肥力監(jiān)測基站建設,構(gòu)建全國肥料效益試驗網(wǎng),形成全國性的土壤肥料信息管理系統(tǒng)和交流中心,建立科學施肥長效機制,完善科學施肥技術體系。同時應加強土壤養(yǎng)分循環(huán)和肥料養(yǎng)分高效利用等基礎性研究,明確不同肥料在不同土壤環(huán)境中的轉(zhuǎn)化循環(huán)規(guī)律,加強土壤肥力監(jiān)測,推動科學施肥技術的發(fā)展。

5.2 強化政策保障,加大推廣力度

堅持以政府為主導,構(gòu)建完善的監(jiān)管與扶持政策體系,強化科學施肥政策保障?？茖W施肥技術的推廣需要穩(wěn)定的政策支撐和經(jīng)濟投入,國家相關部門應制定一系列法律法規(guī),引導和保障科學施肥技術的有效推廣。地方政府應嚴格實施國家出臺的各項相關政策,強化監(jiān)督與管控,積極引導農(nóng)民、企業(yè)和社會共同參與,構(gòu)建科學施肥的長效機制。同時,政府應完善相關財政補貼機制,加大對農(nóng)民增施有機肥、施用緩控釋肥料、合理使用新型肥料和購買配套農(nóng)業(yè)機具等的補貼力度,積極探索科學施肥相關技術,制定完備的農(nóng)作物科學施肥技術規(guī)程,創(chuàng)新科學施肥推廣模式,加大推廣力度。

5.3 發(fā)揮涉農(nóng)企業(yè)的服務力量

積極引導相關肥料生產(chǎn)企業(yè),尤其是比較有實力的大中型企業(yè)參與到科學施肥技術的應用和推廣過程中。鼓勵企業(yè)通過現(xiàn)代化經(jīng)營、管理、服務模式,構(gòu)建基層服務鏈,為農(nóng)戶提供合理的肥料配方,開展技術推廣服務。肥料生產(chǎn)企業(yè)應加強土壤肥料研究的基礎性工作,穩(wěn)定研究和技術推廣隊伍,建立有效的技術推廣服務體系,并積極探索與政府、高校和其他經(jīng)營主體之間的多元合作,共同開展難題聯(lián)合攻關和技術創(chuàng)新,建立健全科學施肥技術服務模式,發(fā)揮示范帶頭作用。如新洋豐農(nóng)業(yè)科技股份有限公司組建了500人的農(nóng)化服務隊伍,通過與科研院校合作,聯(lián)手打造全國測土配方施肥示范網(wǎng)絡;協(xié)同產(chǎn)業(yè)上下游和國內(nèi)外科研資源,聯(lián)合成立創(chuàng)新研究院,引領產(chǎn)品、模式、服務創(chuàng)新;積極構(gòu)建“技術+銷售”小組作戰(zhàn)模式,為農(nóng)戶量身打造,開展技術推廣服務,發(fā)揮企業(yè)的服務力量。

6 結(jié)語

科學施肥對轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式,推進農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革進程,促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。面對農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的新任務、新要求,科學施肥工作已進入攻堅時期,必須以綠色生態(tài)為導向,著力轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式,推廣科學施肥技術,全面提升我國農(nóng)業(yè)科學施肥水平。